2021 Fiscal Year Annual Research Report
Demonstration of broadband infrared quantum absorption spectroscopy with visible-infrared photon pair source in the mid-infrared region 2-5 µm
| Project/Area Number |
20J23408
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
荒畑 雅也 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
|
| Keywords | 赤外量子吸収分光 / 波長可変可視-赤外域量子もつれ光子対源 / 量子干渉 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度では、中赤外2-5 μm域における波長可変な赤外量子吸収分光測定に関する研究を行った。これまでに提案、検証された赤外量子吸収分光測定では、量子もつれ光子対の発生帯域が狭いため、測定帯域が波長1 μm以下に留まっていたという問題があった。そこで、前年度で実現した可視-赤外域量子もつれ光源を実装した波長可変な赤外量子吸収分光測定の実験系を構築し、試料の透過率測定を行った。その結果、量子もつれ光源に用いた非線形光学結晶を励起光に対して回転させることにより、まず波長2～5 μm域で量子干渉信号を観測することに成功した。得られた量子干渉信号の明瞭度の変化からシリカガラス窓の吸収スペクトルの測定を行った。これにより世界で初めて波長1.9-5.2 μm域(帯域3.3 μm)で可視光源と可視検出器を用いた赤外吸収分光測定の実証に成功した。この研究成果については、2021年12月にオンライン開催された国際学会で口頭発表を行い、研究員や学生を含む44名の中から一人に送られるBest Short Presentation Awardを受賞し、京都大学大学院卓越大学院研究グラント成果報告会で「光・電子デバイス創成学研究グラント奨励賞」を受賞した。また、成果内容を論文にまとめて2022年3月に学術雑誌Physical Review Appliedに投稿した。また、量子もつれ光子対源の大光量化や広帯域化を目指してリッジ導波路型疑似位相整合デバイスの光学評価とそれを用いた赤外量子吸収分光測定の実証を行う予定である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では、まず透過率測定のために量子干渉信号の明瞭度をアライメントの自動化により最適化するという課題があった。しかし、本年度では透過率測定に十分な明瞭度の条件を探索し設定することで1.9-5.2 μmという非常に広帯域な波長域で測定に成功した。また、リッジ導波路型疑似位相整合デバイスの光学評価も行っており、可視-赤外域量子もつれ光子対源の大光量化や広帯域化につながる結果が得られている。これらの理由により本年度は当初の計画以上に進展しているとした。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、リッジ導波路型疑似位相整合デバイスを用いた赤外量子吸収分光測定の高度化を行う。まず、可視-赤外域の非縮退デバイスを実装した量子干渉系を構築し、量子干渉信号を観測する。得られた明瞭度やSN比をバルク非線形光学素子を用いた場合と比較する。また、チャープリッジ導波路型疑似位相整合デバイスを用いて同様の実験を行い、超広帯域な可視-赤外域量子もつれ光子対による広帯域赤外量子吸収分光測定の実証を行う。
|
